Disková kužeľová anténa pre skenovací prijímač. Disková kužeľová anténa. Hlavné technické vlastnosti

Úžitkový vzor je zameraný na zmenšenie rozmerov a vetru antény. Uvedený technický výsledok je dosiahnutý tým, že v kotúčovo-kužeľovej anténe obsahujúcej vibrátory tvoriace disk, protizávažia tvoriace kužeľ, izolátor, na ktorom sú vibrátory a protizávažia pripevnené, je každý z uvedených vibrátorov a protizávaží dielektrická tyč na drôt je navinutý s premenlivým stúpaním, navyše drôty vibrátora na strane s menším stúpaním vinutia sú elektricky spojené s uzlom tvoriacim stred disku a drôty protizávažia na strane s menším stúpaním sú elektricky spojené s uzlom tvoriacim vrchol kužeľa. Každý vibrátor a protizávažie sú vybavené ochranným dielektrickým plášťom. 2 p.f., 2 chor.

Zariadenie sa týka rádiového inžinierstva a konkrétne anténnej technológie a môže byť použité v anténach pre mobilnú a stacionárnu rádiovú komunikáciu.

Diskové kužeľové antény (a ich odrody) sú známe (pozri napríklad Rothhammel pre Krishku A. Antennas. zväzok 1.: Preložené z nemčiny - Mn.: OMO „Naše mesto“, odsek 19.7.2 s. 397). Známa je aj širokopásmová disková kužeľová anténa DA3000 od AOR Ltd (Japonsko) (pozri http://www.radioservice.ru/antenne/da_3000.htm).

Zo známych je technickou podstatou a dosiahnutým výsledkom najbližšie širokopásmová disková kužeľová anténa DA 3000 od AOR Ltd (Japonsko) (pozri http://www.radioservice.ru/antenn/da_3000.htm), v ktorej je osem horizontálne bičové prvky tvoria kotúč a osem naklonených je kužeľ.

Anténa poskytuje prevádzku v širokom frekvenčnom rozsahu. Avšak pri vlnovej dĺžke 10 m alebo viac má anténa značné rozmery a má veľkú hmotnosť a vietor. To sťažuje inštaláciu antény na stožiarové zariadenia mobilných aj stacionárnych komunikačných objektov.

Cieľom navrhovaného technického riešenia je zmenšiť veľkosť a vinutie diskónovej antény.

Úloha je splnená tým, že v kotúčovo-kužeľovej anténe obsahujúcej vibrátory tvoriace disk, protizávažia tvoriace kužeľ, izolátor, na ktorom sú namontované vibrátory a protizávažia, je každý z uvedených vibrátorov a protizávaží dielektrická tyč, na ktorej drôt je navinutý s premenlivým stúpaním a drôty Vibrátory na strane s menším stúpaním vinutia sú elektricky spojené s uzlom tvoriacim stred disku a drôty protizávažia na strane s menším stúpaním sú elektricky spojené s uzol tvoriaci vrchol kužeľa.

Každý vibrátor a protizávažie môžu byť vybavené ochranným dielektrickým plášťom.

Navrhované zariadenie je znázornené na výkresoch. Na obr. 1 schematicky znázorňuje celkový pohľad na konštrukciu diskónovej antény, obr. 2 - konštrukcia vibrátora a protizávažia.

Disková kužeľová anténa obsahuje radiace vibrátory 1 (sú znázornené dva) (pozri obr. 1), tvoriace kotúč 2, protizávažia 3 (zobrazené tri), tvoriace kužeľ 4. Každý vibrátor 1 a každé protizávažie 3 je pripevnené na jednej strane k izolátoru 5 Každý z uvedených vibrátorov 1 a protizávažia 3 je dielektrická tyč 6 (pozri obr. 2), na ktorej je navinutý drôt 7 s premenlivým stúpaním na dielektrickú tyč 6 vibrátorov 1 a protizávažia je minimálna zo strany pripevnenej k izolátoru 5 a zväčšuje sa smerom k voľnej strane uvedených vibrátorov 1 a protizávaží 3. Veľkosť stúpania vinutia je určená podmienkami prispôsobenia a prevádzkovým frekvenčným rozsahom antény. Konce drôtov vibrátorov 1 sú na strane s menším stúpaním vinutia elektricky spojené do uzla, ktorý tvorí stred anténneho kotúča 2. Konce drôtov protizávaží 3 sú na strane s menším stúpaním vinutia elektricky spojené do uzla, ktorý tvorí vrchol kužeľa antény 4. Každý vibrátor 1 a protizávažie 3 môžu byť pokryté ochranným dielektrickým plášťom 8, ktorým môže byť teplom zmrštiteľná trubica. Napájací napájač 9 je pripojený vonkajším opletením k hornej časti anténneho kužeľa 4 a jeho centrálne jadro je pripojené k stredu anténneho kotúča 2 (nie je znázornené na výkrese).

Zariadenie funguje nasledovne.

Pri privádzaní vysokofrekvenčného signálu cez napájací napájač 9 sa anténa vybudí - vo vibrátoroch 1 disku 2 sa objavia vodivé prúdy, ktoré vybudia elektromagnetické pole, ktorého magnetické siločiary sú uzavreté ku kužeľu antény 4, budiace v ňom rovnaké vodivé prúdy, s rovnakým smerom ako a na disku 2. Disková kužeľová anténa je teda objemový vodič, v ktorom sú v symetrických (vzhľadom na stred) body rovnaké veľkosti a majú rovnakým smerom v priestore. Vyhotovenie vibrátorov 1 a protizávaží 3 vo forme dielektrickej tyče 6, na ktorej je navinutý drôt 7 s premenlivým stúpaním, umožňuje pri výrobe meniť dĺžku tohto drôtu a veľkosť stúpania vinutia a tým meniť „ elektrická dĺžka“ vibrátorov 1 (protizávažia 3) diskónovej antény . Aby sa teda zabezpečila prevádzka diskónovej antény v rozsahu vlnových dĺžok 10 m alebo viac, dĺžka drôtu 7 a stúpanie vinutia potrebné na získanie „elektrickej dĺžky“ vibrátorov 1 (protizávažia 3), čím sa zabezpečí prevádzka antény v zodpovedajúci rozsah vlnových dĺžok. V tomto prípade sa pri potrebnej „elektrickej dĺžke“ vibrátorov 1 a protizávaží 3 dosiahne zmenšenie ich geometrických rozmerov. V navrhovanej konštrukcii dosahuje faktor „skracovania“ hodnotu 2. Táto konštrukcia antény zaisťuje prevádzku v rozsahu vlnových dĺžok viac ako 10 m pri menších rozmeroch a tým aj menšom vetre.

Preto pri prevádzke v rovnakom rozsahu vlnových dĺžok má navrhovaná diskónová anténa menšie rozmery a vinutie v porovnaní s prototypom.

1. Disková kužeľová anténa obsahujúca vibrátory tvoriace disk, protizávažia tvoriace kužeľ, izolátor, na ktorom sú namontované vibrátory a protizávažia, vyznačujúca sa tým, že každý z uvedených vibrátorov a protizávaží je dielektrická tyč, na ktorej je navinutý drôt. s premenlivým stúpaním a drôty Vibrátory na strane s menším stúpaním vinutia sú elektricky spojené s uzlom tvoriacim stred disku a drôty protizávažia na strane s menším stúpaním vinutia sú elektricky spojené s uzlom tvoriacim vrchol kužeľa.

2. Disková kužeľová anténa podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že každý vibrátor a protizávažie sú vybavené ochranným dielektrickým plášťom.

V porovnaní s koaxiálnou anténou má disková kužeľová anténa, ktorá má tiež kruhový vyžarovací diagram a rovnaký spôsob napájania, výrazne väčšiu šírku pásma. V porovnaní s bežným dipólom je zisk tejto antény -3dB. Toto zníženie zisku by nemalo byť prekvapujúce, pretože disková kužeľová anténa má správny vyžarovací diagram vo veľmi veľkej šírke pásma. Konštrukcia diskovo-kužeľovej antény znázornená na obr. 11-40, pri dodržaní uvedených rozmerov a priameho napájania cez koaxiálny kábel s charakteristickou impedanciou 60 Ohm, má priepustné pásmo od 85 do 500 MHz.

Obr.1

Kužeľ je vyrobený vo forme rohu z medeného plechu alebo iného materiálu, ktorý sa ľahko spájkuje. Napájací kábel je vedený vo vnútri kužeľa a jeho vonkajší oplet je priletovaný ku kužeľu a očistená časť vnútorného jadra v dĺžke 100 mm je prispájkovaná na kovový kotúč. Disk je držaný vo vodorovnej polohe pomocou izolačných podpier.

Pre nadviazanie diaľkovej rádiovej komunikácie v rozsahoch 144-146 MHz a najmä 420-425 MHz je potrebné sústrediť vyžarovanie elektromagnetickej energie vo forme úzkeho lúča a nasmerovať ho čo najbližšie k horizontu. . Zároveň je tiež potrebné, aby bolo možné nadviazať rádiové spojenie s korešpondentmi umiestnenými v rôznych smeroch od rádiovej stanice s pevnou anténou. V tomto prípade musí mať anténa vyžarovací diagram vo vertikálnej rovine vo forme predĺženej osmičky a v horizontálnej rovine - vo forme kruhu. Podobný diagram možno získať návrhom dvojkužeľovej antény (obr. 2), ktorá pozostáva z dvoch kovových kužeľov, z ktorých jeden je pripojený k strednému jadru kábla a k druhému je jeho opletenie. Nevýhodou takejto antény je nutnosť symetrického budenia.

Obr.2

Širokopásmová bikónická diskovo-kužeľová anténa (obr. 3), v ktorej kotúč zohráva úlohu horného kužeľa, nevyžaduje symetrické budenie. V tabuľke 1 sú uvedené rozmery diskových kužeľových antén určených na prevádzku v amatérskych pásmach.

Tabuľka 1
	Rozmery, mm
Prevádzkový rozsah
frekvencia MHz

Pri zvolených rozmeroch antény je vhodné pracovať v oblasti najnižších prevádzkových frekvencií, keďže so zvyšovaním pracovnej frekvencie sa zväčšuje uhol medzi smerom maximálneho vyžarovania a horizontom. Anténa je napájaná káblom s charakteristickou impedanciou cca 60-70 ohmov bez zodpovedajúcich zariadení. Disk je izolovaný od kužeľa, ktorý je možné uzemniť. Pre prevádzku v rozsahu 38-40 MHz sú kužeľ a disk vyrobené z kolíkov s priemerom 3 - 5 mm (obr. 4). Maximálna vzdialenosť medzi kolíkmi by nemala presiahnuť 0,05 l.

Disková kužeľová anténa je charakteristický žiarič, ktorý dáva názov prvej časti komplexného názvu produktu, vybavený „uzemnením“ vyrobeným z kovovej výstuže alebo jednoducho kužeľa. V čiastočnom rozsahu dizajn umožní dosiahnuť lineárnu vertikálnu polarizáciu, keď sa vlna pohybuje medzi diskom a kužeľom. To je potrebné pre rádiovú komunikáciu. Okrem toho zvážime modifikáciu, ktorá premení zariadenie na kruhovo polarizovaný žiarič v smere kolmom na disk a proti polohe zeme. Čitatelia sa naučia, ako si sami zostaviť diskónovú anténu.

Diskové kužeľové antény

Dôležité! V pásme HF sa často používajú všesmerové diskónové antény. Z uvedeného dôvodu sa nelíšia v zjavnom zosilnení.

Témou dnešného rozhovoru je „urob si sám“ discone anténa. Hovorí sa, že prvý patent, číslo 2368663 (USA), získal A.G. Kandoian. Výhodou zariadenia je jeho široký rozsah pracovných frekvencií. Samozrejme, zisk je nižší ako u dipólu. Na rozsahu je zvyčajne možné pripojiť ku káblu bez koordinácie, navyše samotná konštrukcia nie je rozhodujúca pre presnosť rozmerov. V rozsahu decimetrov musíte na HF a metrových vlnách vziať pevný kužeľ, väčšina ľudí potrebuje skeletový tvar. Disk degeneruje do sady vodivých lúčov s jediným stredom. Tým sa znižuje zaťaženie vetrom pri dlhých vlnách, rozmery kužeľa a disku nadobúdajú gigantické hodnoty. 6, 8 alebo 12 tyčí.

Pozor! Disk a kužeľ sú napájané v protifáze.

Centrálne jadro kábla je pripojené k disku určitej veľkosti. Úlohu zeme zohráva zväzok kovovej výstuže, ak nie je túžba vytvoriť kužeľ vlastnými rukami. Je zrejmé, že obrazec žiarenia je skreslený. Nerovnomernosť vzniká v azimutálnom smere. A vyžarovací diagram typickej diskovo-kužeľovej antény pripomína torus (šišku). Vlna vzniká medzi kotúčom a kužeľom. Dosah závisí od vzdialenosti. Napríklad uvádzame dizajn uvedený na webovej stránke http://elektronika.rukodelkino.com/stati/antenni/35-disko-konusnaya-antenna.html.

Zmysel práce už bol popísaný, implementácia pre frekvencie 85 - 500 MHz:

Charakteristická impedancia zariadenia je 60 Ohmov, pripravte sa na prispôsobenie akýmkoľvek pohodlným spôsobom. Centrálne jadro je pripojené k stredu disku zospodu, kužeľ je kombinovaný s obrazovkou. Ukazuje sa teda niečo ako otvorený vlnovod, kde sa vlna šíri a je vyžarovaná. Zisk je mínus 3 dB v porovnaní s polvlnným dipólom. Na výpočty neexistujú online kalkulačky, nájdeme vhodný spôsob. Poďme analyzovať náš vlastný dizajn. Domnievame sa, že minimálne a maximálne vzdialenosti medzi diskom a kužeľom by mali korelovať s hraničnými vlnovými dĺžkami rozsahu. Najprv vypočítame rozmery:

λmin = 299 792 458 / 500 000 000 = 60 cm.

λmax = 299 792 458 / 85 000 000 = 3,53 m.

Spoliehame sa na získané hodnoty. Vydelíme si oboje štyrmi a uvidíme, čo nám zostane. Máme: 15 a 88,2 cm Vidíme, že veľkosti nie sú na nič viazané. Podľa výkresov a vzorcov:

Posledné dva parametre určujú hornú medznú frekvenciu antény, ako píše Neil, výsledky ktorej práce sme teraz využili, disková kužeľová anténa sa správa ako hornopriepustný filter. Existuje určitá obmedzujúca nižšia frekvencia, podľa ktorej sa počíta strana kužeľa, kde je SWR 3. Pri prechode cez hranicu dole začne SWR rýchlo rásť, čo znemožňuje použitie zariadenia. V rámci prevádzkových limitov sa parameter postupne znižuje na 1,5. Dĺžku bočnej steny kužeľa považujeme za niečo viac ako štvrtinu maximálnej vlnovej dĺžky. Dodajme, že priemer kotúča nezávisí od vrcholového uhla, ktorý sa môže líšiť od 60 stupňov.

Porovnajme čísla s číslami uvedenými vyššie: z výpočtov je zrejmé, že bočná stena sa rovná (!) minimálnej vlnovej dĺžke, ktorá nezodpovedá knihe. Pre istotu preskúmame podobnosť v tabuľke z literatúry, aby sme nakoniec potvrdili alebo vyvrátili pochybnosti (vlastníci stránok počítali pomocou nesprávneho parametra).

Je vidieť, že rozmery antény lineárne klesajú so zvyšujúcou sa frekvenciou. Napríklad pri 14 MHz je to takmer dvakrát viac ako pri 28 MHz. Preto pre 85 MHz nájdeme potrebné parametre podľa pomeru (pripomeňme, že vrcholový uhol v skôr uvedených informáciách je 60 stupňov). 85 delené 14 = 6. Preto rozmery vydelíme výsledným koeficientom, vyjde nám:

1. Vrcholový uhol je 60 stupňov.
2. Priemer základne a dĺžka strany – 91 cm.
3. Priemer kotúča – 61 cm.
4. Medzera medzi kotúčom a kužeľom je 4 cm.

Horná frekvencia nie je nevyhnutne 500 MHz, povedali, že číslo závisí od priemeru prierezu kužeľa. Čím menší je otvor pre kábel, tým vyššie frekvencie anténa používa. Takže ukázali, že nemôžete dôverovať výpočtom zo siete so 100% pravdepodobnosťou. Je možné, že boli použité nejaké dizajnové inovácie s neznámymi údajmi, ale pravdepodobnejšie autori orezali kužeľ na veľkosť disku. Preto nebude fungovať pri nižších frekvenciách.

Môžeme hádať, ako sa vypočíta maximálna pracovná frekvencia: štvrtina vlnovej dĺžky sa rovná vzdialenosti od bodu, kde je jadro pripevnené k disku, po rez kužeľa. Len analogicky. Overte si fakt bez portálu VashTechnik, tézu považujeme za samozrejmú.

Tvar antény s diskom kužeľa

Pozorní čitatelia si určite všimli, že nie všetky recenzie majú 60-stupňový vrcholový uhol. Prečo si tento parameter zvolili teoretici aj skúsení praktici. Štúdie boli vykonané pre 50 Ohm kábel, ktorý jasne ukázal, že tento vrcholový uhol dáva najširší rozsah, kde SWR nepresahuje 2. V iných prípadoch boli v smere nárastu a poklesu rôzne vrcholy a zúženia pásma. pozorované. Ukazuje sa, že uhol 60 stupňov na vrchole je teoreticky opodstatnený. Ak spodná hranica nie je dôležitá, zvýšte ju o 10 stupňov. SWR sa stáva prijateľnejším bez zmeny dolnej hraničnej oblasti.

Pokiaľ ide o skeletové formy namiesto pevných kužeľov a diskov, výrazne to znižuje hmotnosť výrobku a znižuje zaťaženie vetrom. Predstavte si obrovské výrobky vyrobené z ocele, najmä medi! Hmotnosť je značná.

Ukazuje sa teda, že širokopásmová diskónová anténa vykazuje zisk menší ako zisk vibrátora. Dizajn zároveň nie je taký citlivý na rozmerové odchýlky a je pomerne zložitý. Inými slovami, vyrobiť diskontovú anténu sami je možné, ale ťažké. Poďme si to zhrnúť:

• Kľúčová je veľkosť strany kužeľa, ktorá určuje výpočet ďalších rozmerov.
• Pre rádiovú komunikáciu a WiFi považujeme vrcholový uhol za 60 stupňov.

Sľúbili, že ukážu, ako vylepšiť discone anténu. Prosím! Disk nie je napájaný priamo z kábla, ale cez kus drôtu, ktorý pri prechode cez určitú medznú frekvenciu tvorí úsečku s nekonečne vysokým odporom. V strede disku je vyrezaný otvor, cez ktorý jadro napája ďalší disk umiestnený vyššie, vyžarujúci do zenitu. Tento dizajn zachytáva takmer akúkoľvek lineárnu polarizáciu vychádzajúcu z vertikálneho bodu. Potreba je autorom neznáma. Príklad je prevzatý z literatúry.

Zvláštnosťou diskónových antén je, že je možné vytvoriť obrovskú štruktúru, ktorá prijíma všetky frekvencie. Hlavná vec je správne vykonať vrchol zodpovedný za horný rozsah. Samozrejme, keď sa blížite k mikrovlnke, požiadavky na drsnosť povrchu sa napríklad odrážajú od zrkadla. V tomto svetle je pochopiteľné, prečo je o produkty taký záujem. Polvlnný vibrátor poskytuje dobré zosilnenie, ale zariadenie neposkytne také luxusné pásmo. Slušná domáca disková kužeľová anténa zachytí takmer všetko! Zo všetkých smerov. Odporúčame vyrobiť diskónovú anténu a štruktúru vybaviť dobrým vstupným filtrom.

Táto anténa je širokopásmová a používa sa v železničných rádiových staniciach v rozsahu metrových a decimetrových rádiových vĺn. Priemer napájacieho kábla pripojeného medzi kužeľ a disk určuje priemer plochy v hornej časti kužeľa. Najčastejšie sa kábel vedie vo vnútri potrubia určitého priemeru.

Disková kužeľová anténa je vertikálny vibrátor, ktorý vďaka svojmu špeciálnemu tvaru pokrýva široké frekvenčné pásmo. Ako každý vertikálny vibrátor je aj tento kruhový horizontálny žiarič charakterizovaný kruhovým vzorom žiarenia v horizontálnej rovine a vzorom polvlnového vibrátora vo vertikálnej rovine s číslom osem.

Disková kužeľová anténa pozostáva z kovového kužeľa s diskom navrchu. Je klasifikovaná ako anténa s horným napájaním, ktorá je vybavená koncovou kapacitou v tvare disku a vonkajším vodičom v tvare kužeľa.

Vo svojej pôvodnej podobe sa diskónové antény používajú iba v rozsahu decimetrov. Táto anténa je širokopásmová a používa sa v železničných rádiových staniciach v rozsahu metrových a decimetrových rádiových vĺn. V rozsahu decimetrov a metrov je diskónová anténa tuhá konštrukcia, kde sú generátory vyrobené vo forme medených rúrok určitého priemeru.

V oblasti krátkych vĺn sa používajú prevažne „kostrové“ formy, kedy sú kovové povrchy nahradené figúrkami vyrobenými z kovových tyčí, pásikov, rúrok alebo drôtov (obr. 3).

To zaisťuje výrazné zníženie hmotnosti a odolnosti antény proti vetru, ako aj nákladov na jej výrobu, bez citeľného poškodenia elektrických vlastností.

vibračná štvrťvlnová rádiová stanica

Obr.3 Disková kužeľová anténa a jej odrody: a - homogénna; b - kostrové; v - zmiešaný

Pre nadviazanie diaľkovej rádiovej komunikácie v rozsahoch 144-146 MHz a najmä 420-425 MHz je potrebné sústrediť vyžarovanie elektromagnetickej energie vo forme úzkeho lúča a nasmerovať ho čo najbližšie k horizontu. . Zároveň je tiež potrebné, aby bolo možné nadviazať rádiové spojenie s korešpondentmi umiestnenými v rôznych smeroch od rádiovej stanice s pevnou anténou. V tomto prípade musí mať anténa vyžarovací diagram vo vertikálnej rovine vo forme predĺženej osmičky a v horizontálnej rovine - vo forme kruhu. Podobný diagram možno získať návrhom dvojkužeľovej antény (obr. 2), ktorá pozostáva z dvoch kovových kužeľov, z ktorých jeden je pripojený k strednému jadru kábla a k druhému je jeho opletenie. Nevýhodou takejto antény je nutnosť symetrického budenia.

Širokopásmová bikónická diskovo-kužeľová anténa (obr. 3), v ktorej kotúč zohráva úlohu horného kužeľa, nevyžaduje symetrické budenie.

Pri zvolených rozmeroch antény je vhodné vykonávať prácu v oblasti najnižších prevádzkových frekvencií, keďže so zvyšovaním pracovnej frekvencie sa zväčšuje uhol medzi smerom maximálneho žiarenia a horizontom. Anténa je napájaná káblom s charakteristickou impedanciou cca 60-70 ohmov bez zodpovedajúcich zariadení. Disk je izolovaný od kužeľa, ktorý je možné uzemniť. Pre prevádzku v rozsahu 38-40 MHz sú kužeľ a disk vyrobené z kolíkov s priemerom 3 - 5 mm. Maximálna vzdialenosť medzi kolíkmi by nemala presiahnuť 0,05 l.

Počiatočné údaje:

Uveďte okrem schematického návrhu aj vyžarovací diagram diskónovej antény v rovine osi antény a v rovine kolmej na os.

Približný výpočet hlavných rozmerov takejto antény je možné vykonať pomocou nasledujúcich vzorcov.

1. Na základe danej maximálnej vlny rozsahu určíme dĺžku tvoriacej čiary kužeľa:

2. Priemer napájacieho kábla pripojeného medzi kužeľ a disk určuje priemer plochy v hornej časti kužeľa. Najčastejšie sa kábel vedie vo vnútri potrubia určitého priemeru.

3. Na základe zvolenej hodnoty uhla a zistenej hodnoty l určíme priemer základne kužeľa:

Kde je priemer plochy na vrchole kužeľa.

4. Určite priemer disku:

5. Medzera medzi diskom a hornou časťou kužeľa je:

Na obr. 5. Vzory žiarenia sú zobrazené pre uhol otvorenia 35,60,90°.

Takže dva vodiče s priemerom 2 mm vo vzdialenosti 25 mm so vzduchovou medzerou majú odpor 386Ω

Vezmime si ako príklad krátku čiaru 0,3λ (pri pohľade dopredu povedzme, že to bude polovica optimálnej vzdialenosti medzi poschodiami, t.j. toto bude dĺžka vedenia od jedného z poschodí po prídavné odpalisko ku podávaču ) a pozrime sa, ako transformuje vlastný odpor žiarenia vibrátora v rozsahu frekvencie

Jedna čiara je 25/2 mm (386Ω), druhá je 25/1 mm (469Ω) a tretia je dvakrát taká dlhá ako 25/2 mm (386Ω) na porovnanie:

Modrá farba (Direct) označuje vlastnú impedanciu kužeľového vibrátora BowTie, keď je podávač priamo pripojený.

Ako vidíme, zberné vedenie má veľmi silný vplyv na výslednú impedanciu. Okrem toho koeficient transformácie závisí v menšej miere od odporu transformátora a viac od jeho dĺžky (korelovanej s vlnovou dĺžkou). Pretože Pre rôzne frekvencie predstavuje rovnaká časť transformátora veľmi rozdielne dĺžky.

Na výpočet tohto odporu existuje vzorec

Keď ZA=Z0, potom Zin=Z0. Vedenie prispôsobené zdroju nemení výslednú impedanciu.
V iných prípadoch sa Z0 vynásobí koeficientom, ktorý závisí od f*L (t. j. vlnovej dĺžky) a závisí od ZA a ZO

Dĺžka zberných vedení v jednofázovom poli môže byť teoreticky ľubovoľná (pokiaľ je rovnaká, aby signály prichádzali vo fáze a sčítavali sa), ale z technologických dôvodov je racionálne vykonávať ich v najkratšou možnou cestou, spájajúcou podlahy v priamej línii. Pri tomto prístupe bude dĺžka vedenia nastavená na základe optimálnej vzdialenosti medzi podlahami a prispôsobenie sa bude musieť zlepšiť iba zmenou odporu vedenia: zmenou priemeru vodičov alebo vzdialenosti medzi nimi.

Pri stavbe 3 a viac podlaží je technologicky veľmi nepraktické robiť samostatné linky z každého ďalšieho podlažia do pristavby. Našťastie môžete pridať signál zo susedných poschodí priamo do susedných terminálov. Pretože poschodia sú umiestnené približne v dĺžke 1/2λ medzi sebou, potom pri prechode po zbernom vedení s dĺžkou 1/2λ sa fáza signálu zmení na opačnú o 180 stupňov. Aby sa takéto signály sčítali a navzájom sa nezrušili, musia byť vodiče zapojené v protifáze. Všetky podlažia sú na seba nadväzované len v protifáze, s prekrývajúcimi sa líniami. Výnimkou je sieťový napájací bod (napájač, balun), pretože je umiestnený v rovnakej vzdialenosti od poschodí (nie nevyhnutne najkratšia cesta), potom signál na ňom bude vo fáze, keď sa pripojí nie prekrýva, ale priamo.

Tvar vyžarovacieho diagramu (DP) anténneho poľa so spoločným režimom je určený vzorom antén, ktoré tvoria pole, a konfiguráciou samotného poľa (počet radov, počet poschodí a vzdialenosti medzi nimi).

Pri dvoch všesmerových anténach umiestnených vedľa seba v 1/2λ (medzi osami antén) má obrazec v horizontálnej rovine tvar osmičky a chýba príjem z bočných smerov kolmých na hlavnú. Ak zväčšíte vzdialenosť medzi anténami, šírka hlavného laloku vyžarovacieho diagramu sa zmenší, ale bočné laloky sa objavia s maximami v smeroch kolmých na hlavný.

Vo vzdialenosti 0,6λ je úroveň bočných lalokov 0,31 úrovne hlavného laloka a šírka vzoru pri polovičnom výkone je znížená 1,2-krát v porovnaní s poľom so vzdialenosťou medzi anténami rovnajúcou sa 2/ 2.

Vo vzdialenosti 0,75λ sa úroveň bočných lalokov zvýši na 0,71 úrovne hlavného laloka a šírka vzoru sa zníži 1,5-krát. Vo vzdialenosti 1λ dosiahne úroveň bočných lalokov úroveň hlavného laloka, ale šírka vyžarovacieho diagramu je znížená o faktor 2 v porovnaní so vzdialenosťou medzi anténami na polovicu vlnovej dĺžky.

Z tohto príkladu je zrejmé, že je vhodnejšie zvoliť vzdialenosti medzi anténami rovné vlnovej dĺžke. To poskytuje najväčšie zúženie hlavného laloku vyžarovacieho diagramu. Nie je potrebné sa obávať prítomnosti bočných lalokov, pretože keď sa smerové antény používajú ako súčasť poľa, neprijímajú signály zo smerov kolmých na hlavný.

Toto sú všeobecné odporúčania pre akýkoľvek typ antény. Takto sa zvyčajne montujú antény, keď sú zložené cez koaxiálny kábel. Úseky flexibilného kábla ľubovoľnej (rovnakej dĺžky) sú uložené ľubovoľným spôsobom. Zmena vzdialenosti medzi anténami nenaruší párovanie a sčítanie, takže si môžete zvoliť ľubovoľnú vzdialenosť od 0,5 do 1λ.

Uvažujme o konkrétnom vzore mriežky 2 vibrátorov BowTie s reflektorom v závislosti od vzdialenosti medzi poschodiami.

2-polový vyžarovací diagram pre 0,4 - 1λ vertikálny zväzok

Pre 2-poschodové pole kužeľových antén si môžete vybrať akúkoľvek vzdialenosť od 0,4 do 1λ. Ale keď sa rozstup zväčšuje nad 0,6λ, zväčšuje sa aj veľkosť obrazovky a dĺžka nosného nosníka, t.j. spotreba materiálu, zvýšenie hmotnosti a zhoršenie pevnosti, bez zvyšovania parametrov.

Navyše, ako sme už videli, zväčšovanie dĺžky neporovnateľného zberného vedenia výrazne ovplyvňuje jeho transformačný pomer. Preto sú z praktických dôvodov 2-podlažné rošty navrhnuté s minimálnym rozostupom 0,5-0,6λ.

Pre 3 a viac poschodí je iracionálne zbierať signály pomocou jednotlivých vedení (mali by byť v medzere medzi vibrátorom a reflektorom, ďaleko od kovových predmetov) z každého poschodia po odpalisko, ale je konštrukčne oveľa jednoduchšie spočítať susedné poschodia priamo k vibrátoru. Ak vzdialenosť nie je násobkom 0,5λ, potom oneskorenie signálu vo vedení nebude násobkom 180 stupňov a signály sa nebudú sčítavať vo fáze. Preto je pre priame spojenie po najkratšej ceste vhodný len rozstup 0,5 alebo 1λ. Pri 0,5λ by sa čiary mali prekrývať (na otočenie fázy o 180 stupňov), pri 1λ priamo (bez rotácie fázy). Z praktických dôvodov opísaných pre 2-poschodovú mriežku sa nepoužije rozstup 1λ.

Časť VI / Prispôsobenie pomocou impedančného transformátora

Na premenu odporu antény na odpor napájača sa používajú tri typy štruktúr:
1) Širokopásmové transformátory s pevným prevodným faktorom. Zvyčajne sa vykonávajú na feritových jadrách alebo sa tlačia na mikropáskové (patch) linky. Transformačný pomer je určený konfiguráciou vinutí a pomerom počtu závitov v nich.
2) Široká škála bočníkových obvodov s prvkami L a C.
3) Transformátory využívajúce úseky vlnových čiar

Nevýhodou širokopásmových transformátorov sú náklady na ich výrobu a obtiažnosť získania nie viacnásobných (ľubovoľných) transformačných pomerov. Nízke náklady je možné dosiahnuť iba hromadnou výrobou, čo znamená pre obmedzený sortiment. Iba baluny 4:1 možno označiť za de facto dostupné. Potreba vyrábať balun v inom pomere (6:1, 8:1) ukončuje masovú výrobu aj domáce produkty.

Nevýhodou bočníkových obvodov je zložitosť výroby (ako pri neštandardných balunoch), úzka šírka pásma a nutnosť úpravy vzorky podľa prístrojov.

Úseky vlnovodov veľmi nekomplikujú konštrukciu vibrátora (môžu byť jeho konštrukčným pokračovaním), zjednodušujú technologickú inštaláciu boxu s balunom (alebo kombinovanou doskou Balun + LNA) posunutím boxu za medzeru vibrátora. . Môžu byť navrhnuté a vyrobené tak, aby premenili takmer akýkoľvek odpor na akýkoľvek výberom dĺžky segmentu a jeho vlastného odporu.

Pozrime sa podrobnejšie na základný vzorec na prevod odporov uvedený v predchádzajúcej časti

Z tohto vzorca vyplýva niekoľko pozorovaní:

• Keď je dĺžka vedenia 0 alebo násobok 1/2λ, výsledný odpor sa rovná odporu zdroja, vedenie nemení impedanciu, pretože tangens uhlov, ktoré sú násobkami 180, je nula
• Pri dĺžke čiary s posunom o 1/4λ od násobkov 1/2λ sa výsledný odpor zmení maximálne, pretože dotyčnica uhlov 90 a 270 má tendenciu k nekonečnu
• Vedenie s odporom rovným odporu zdroja (zodpovedajúcim) nemení výslednú impedanciu pre žiadnu dĺžku vedenia
• Čiara s pevnou geometrickou dĺžkou sa bude správať odlišne v širokom frekvenčnom pásme pri zmene vlnovej dĺžky. Ak sa so zmenou frekvencie dĺžka linky v lambdach blíži k 0 alebo je násobkom 1/2λ, potom sa príspevok linky zníži, ak sa dĺžka priblíži k 1/4λ, príspevok linky sa prudko zvýši. Táto vlastnosť môže byť potenciálne použitá na vyrovnanie vlastnej impedancie vibrátora

Vytvorme Excel na prácu s týmto vzorcom: goo.gl/w8z9U2 (Dokumenty Google)

Povedzme, že náš vibrátor BowTie má odpor Z = 750 +j0 pri frekvencii prvej rezonancie.
Na prevod 750 Ohmov na 300 (pre pripojenie k balunu 4:1) môžete použiť symetrický vlnovod s dĺžkou len 0,1λ (5 cm pre frekvenciu 600 MHz) s odporom 231 Ohmov.
Pomocou vyššie uvedenej kalkulačky coax_calc môžete zvoliť kombináciu priemeru drôtu a vzdialenosti medzi nimi, aby ste získali 231 ohmov.

Časť VII / Prípadové štúdie

Rozsah použitia kužeľových antén je veľmi obmedzený. Pri frekvenciách pod 300 MHz sú takéto antény neprijateľne veľké v porovnaní s polvlnným dipólom, ktorý má výkyv 0,5λ oproti 1λ.

Pri frekvenciách nad 800 MHz neexistuje takmer žiadna rádiová technológia, kde sú potrebné vysoko smerové antény. CDMA, GSM, GPS, LTE, WiFi vyžadujú buď všesmerové antény u účastníka, alebo sektorové antény s jasne predvídateľným sektorovým tvarom na strane operátora.
Medzi predplatiteľmi pevnej siete je malý dopyt po vysoko smerových anténach. Pomocou žiaričov BowTie je teoreticky možné vyrábať antény LTE-700, CDMA2000/LTE 800 Mhz, GSM/UMTS/LTE-900 a CDMA2000/LTE 450 Mhz. Priemysel takéto antény nevyrábal, ale Časť VIII Pokúsime sa skonštruovať takúto anténu a zároveň si overíme, aká efektívna a konkurencieschopná je takáto konštrukcia.

Pri frekvenciách nad 2 GHz môžu byť kužeľové antény vyrobené iba pomocou tlačenej metódy (mikropáska), neexistujú žiadne výhody v parametroch alebo jednoduchosti dizajnu a výroby v porovnaní s patchovými anténami na takýchto frekvenciách.

V rozsahu 300 až 800 MHz funguje iba televízne vysielanie: PAL/SECAM/NTSC (analógové) alebo DVB-T/T2/T2 HD (digitálne).

Práve trh s účastníckymi anténami pre TV vysielanie priniesol kužeľovým anténam nebývalú popularitu.

V šesťdesiatych rokoch minulého storočia získali takéto antény veľký podiel na trhu v geograficky veľkých krajinách: Kanade a Spojených štátoch. Veľké plochy, väčšinou rovinaté, viedli k nižšej hustote výstavby televíznych veží v porovnaní s Európou. Pre veľké polomery pokrytia boli potrebné antény so zvýšeným ziskom 10...16 dB. Dosiahnutie takéhoto zosilnenia z jednovlnových antén je veľmi problematické a použitie dvojfázových polí 2-4 vlnových kanálových antén je ťažké a drahé v porovnaní s jednoduchosťou viacposchodovej kužeľovej antény s reflektorom.

Najširšiu distribúciu takýchto antén vo východnej Európe umožnil vznik veľkého počtu TV kanálov s nízkym výkonom v rozsahu UHF (1 – 5 kW v porovnaní s 20 – 25 kW pre tri centrálne televízne kanály), ktorých príjem sú potrebné antény so ziskom 10+ dB, ako aj širokopásmové so zachytením (aj keď s nízkym ziskom) úsekov rozsahu VN, čím odpadla údržba ďalšej VN antény, prídavných káblov, zosilňovačov, zlučovačov atď.

Čitateľovi predstavujeme 7 návrhov antén, starostlivo optimalizovaných (pomocou skriptov Python s použitím NEC-engine na modelovanie) na maximalizáciu priemerného zisku v rozsahu 470-700 MHz (21-50 UHF kanálov) a minimalizáciu priemerného SWR (SWR). Od roku 2017 sú takéto antény relevantné len pre príjem DVB-T/T2.

Bez reflektora:

1) 2-priestor: 50x55 cm, fúzy 8x279 mm

S reflektorom/obrazovkou:

6) 4-priestorový: 102 x 86 cm
7) 6-priestorový: 152x84 cm

Gain, S.W.R.

Priemerný zisk antény v pásme 470-700 MHz sa pohybuje od 7 do 42 krát alebo od 8,5 do 16,3 dBi.
Tretí stĺpec zobrazuje čelnú projekčnú plochu v m2 a posledný stĺpec ukazuje špecifický zisk v časoch na 1 m2 čelnej plochy.

Pre porovnanie, vlnová kanálová anténa (Uda-Yagi), špeciálne optimalizovaná pre rovnaký rozsah, má priemerný zisk 10 dBi (od 8,1 do 12,1) v konfigurácii 1R-5D (1 reflektor, 5 direktorov, slučkový vibrátor, 624x293x45 mm) a 12,7 dBi v konfigurácii 2R-15D (2 reflektory, 15 direktorov, slučkový vibrátor, L=1621 mm)

Závery: Pri navrhovaní antén s priemerným ziskom do 10 dBi sú tradičné vlnové kanálové dipólové antény jednoduchšie, kompaktnejšie, ľahšie, jednoduchšie na výrobu (domáce aj priemyselné) a odolnejšie. Ak sa vyžaduje zisk >10 dBi, potom pridanie direktívov do Uda-Yagi len veľmi málo pridá k smerovosti (1R5D = 10 dBi, 2R10D = 11,5 dBi, 2R15D = 12,7 dBi), pričom dokonca aj dvojposchodová kužeľová anténa s reflektorom poskytuje priemerný zisk 13,1 dBi.

Keď je požadovaný priemerný zisk 15-16 dBi, neexistuje žiadna alternatíva k 4 a 6-poschodovým kužeľovým anténam. V segmente antén so ziskom 10-13 dB je 2-poschodová kužeľová anténa kompaktnejšia a jednoduchšia ako dlhovlnné kanály s 10 a viac direktívami).

Tu je všeobecný pohľad a vzor siedmich antén v poradí očíslovanom vyššie:

3D zobrazenie, vzor pri 600 MHz

1) 2-priestor: 50x55 cm, fúzy 8x279 mm

2) 3-priestor: 60x50 cm, fúzy 12x241 mm

3) 3-priestorový (1 malý): 80x65 cm, fúzy 4x276, 4x302 a 4x190 mm

4) 1-priestor: 25x72 cm (50+2x12,5 cm strany), fúzy 4x222 mm (z príkladu v článku)

5) 2-priestor: 86x57 cm, fúzy 4x254 mm

6) 4-priestorový: 102 x 86 cm

7) 6-priestorový: 152x84 cm

Všetkých 7 modelov vo formáte *.NEC je možné stiahnuť a zobraziť podrobné rozmery (vrátane vytvárania výkresov skutočného stavu) pomocou bezplatného programu 4NEC2.

Vylúčenie zodpovednosti: 6 uvedených UHF-TV antén bolo navrhnutých členmi fóra DigitalHome Canada s návodom na použitie holl_ands A mclapp.

Časť VIII / Analýza návrhu priemyselnej antény

4-poschodové antény typu ASP-8 si získali veľkú popularitu v SNŠ.
Tieto antény majú veľa modifikácií, ktoré sa od seba mierne líšia (v malých detailoch).
Staršie antény mali dlhšie fúzy na najvyššom poschodí (a boli označené ako 47-860 MHz antény).
Nové antény (ktoré sa predávajú v roku 2017) majú o niečo kratšiu hornú podlahu ako staré, pravdepodobne kvôli lepšiemu výkonu v UHF, kde momentálne funguje DVB-T/DVB-T2.

Na analýzu boli odobraté rozmery z takejto vzorky v cene 3,6 $ (cena je rovnaká ako 3-prvková interiérová Yagi Volna-1)

Anténa má nasledujúce prvky:
1) Odrazová clona 75x50 cm, šírka stredovej časti 36 cm, bočné okraje 2x8 cm zahnuté 4,5 cm dopredu.
Tienenie pozostáva z 2x6 horizontálnych vodičov s priemerom 2,1 mm, každá z dvoch skupín má výšku 33 cm a medzi nimi (v strednej časti antény) je medzera 9 cm.
Odsadenie sita od vibrátorov - 85 mm

2) Medzera medzi fúzmi vibrátorov na všetkých 4 poschodiach je 34 mm (v stredoch vlnovodov)

3) Horný vibrátor fúzy 4x254 mm s priemerom 5 mm, s uhlom otvorenia 45 stupňov

4) Tri spodné poschodia - vibrátory 4x140 mm fúzy s priemerom 4 mm, s uhlom otvorenia 50 stupňov

5) Zberné dvojvodičové vedenie z oceľových vodičov s priemerom 2,1 mm, vzdialenosť medzi vodičmi je 34 mm na vstupoch do držiaka vibrátora. Pri vstupe do napájacej skrinky 30 mm zdola a až 72 mm zhora.

6) Vzdialenosť medzi podlahami (1. - horná): 1-2 = 183 mm, 2-3 = 192 mm, 3-4 = 178 mm

7) Dĺžka spojovacích vedení: 200 mm medzi 1-2 a 3-4. 84+132 = 223 mm medzi podlahami 2-3. Svorky napájacej skrinky sú umiestnené 84 mm zhora a 132 mm zdola.

8) Na každom poschodí je traverz s 5 krátkymi riaditeľmi.

9) Nosný hrebeň antény je hliníkový dutý profil 12x6 mm vo vzdialenosti 28 mm za vlnovodom

Hneď si povedzme, že traverzy s 5 direktormi nemajú na anténu pri frekvenciách do 900 MHz vôbec žiadny vplyv. Pri frekvenciách nad 800 MHz pridávajú k smerovosti len +0,1 dB.
Ich funkcia je čisto dekoratívna - zničiť anténu dodatočným mechanickým zaťažením a prilákať vtáky, aby zničili anténu.

Uveďme hlavné komponenty geometrie antény vo vlnových dĺžkach, v rôznych častiach deklarovaného prevádzkového rozsahu

Rozmery všetkých prvkov tejto antény sú mimoriadne zvláštne: dĺžka fúzov, rozostup medzi poschodiami, šírka reflektora, zámerné posunutie (rozfázovanie) napájacieho bodu.

Uvažujme o vlastnostiach jednotlivých vibrátorov (berúc do úvahy vplyv sita).
Bay-1: Špičkový dlhý vibrátor má rezonančnú frekvenciu 490 MHz a odpor 850Ω. Druhá rezonancia je na 780 MHz a odpor je 31Ω. Pri frekvenciách pod 300-320 MHz je odpor žiarenia R zanedbateľný 320 MHz, možno považovať za nižšiu pracovnú frekvenciu. Zisk tohto poschodia dosahuje 10 dBi, ale vyžarovací diagram je mierne (1 dB) posunutý nadol o 30 stupňov, ako ovisnuté brucho

Bay-2: Druhý vibrátor zhora má rezonančnú frekvenciu 780 MHz a odpor 515Ω. Druhá rezonancia leží nad 1000 MHz. Pri frekvenciách pod 460 MHz je odpor žiarenia R zanedbateľný; Zisk tohto jedného poschodia dosahuje 11 dBi, ale vyžarovací diagram je SILNE posunutý nadol o 35 stupňov. Zisk vpred je len 6 dBi a nadol o 35 stupňov - až 11,1 dBi

Bay-3: Tretí vibrátor zhora má rezonančnú frekvenciu 790 MHz a odpor 620Ω. Druhá rezonancia leží nad 1000 MHz. Pri frekvenciách pod 440 MHz je odpor žiarenia R zanedbateľný; Zisk tohto jedného poschodia dosahuje 10,6 dBi, tvar vzoru nie je skreslený, ale vyzerá dopredu

Bay-4: Spodný vibrátor má rezonančnú frekvenciu 810 MHz a odpor 570Ω. Druhá rezonancia leží nad 1000 MHz. Pri frekvenciách pod 440 MHz je odpor žiarenia R zanedbateľný; Zisk tohto jedného poschodia dosahuje 9,6 dBi, tvar vzoru je skreslený smerom nahor o 20 stupňov (2-3 dB silnejší ako dopredu). Druhá smerová bublina je nasmerovaná nadol pod uhlom 30 stupňov.

Výrobca urobil veľmi zvláštny výber dĺžky 3 fúzov na 3 poschodiach - s rezonanciou blízko 800 MHz, a nie v strede rozsahu UHF (v rozsahu 600....700 MHz).
Tiež veľmi zvláštny výber rozstupov podlaží a dĺžok zberných vedení. Dĺžka vlnovodov, ktoré sa prekrývajú, je vycentrovaná na 750 MHz. Pri frekvencii 470 MHz je fázové oneskorenie v takomto vedení 112 namiesto 180 stupňov.

ASP-8, 3D, zisk, SWR, vzor

Ako vidíte, parametre antény sú v širokom rozsahu deklarovaného frekvenčného rozsahu veľmi nestabilné. V niektorých oblastiach zhoda SWR<2 (приемлимо), в некоторых КСВ=2...3.2 (приемлимо при нагрузке на МШУ, иначе в кабеле снижения резко растет затухание), а на 21-м канале (470 МГц) КСВ=3.6
Model žiarenia je tiež nestabilný a má lokálne anomálie. Tento exemplár má anomáliu na 565 MHz (+30/-40 MHz) - obrazec sa rozpadá hore a dole, dopredné žiarenie je len 5 dBi

Okrem tejto freeco antény budeme analyzovať 2-poschodovú anténu ChannelMaster 4251, populárnu v Severnej Amerike.
Jeho rozmery sú podstatne menšie: 38x35 cm (oproti 75x50 cm)

CM4251, zisk, SWR, 3D

Zisk sa plynule zvyšuje z 8 na 10 dBi, vzor je dokonale plochý a SWR je mierny. Medzi 400 a 900 MHz nie sú žiadne rezonančné anomálie.
CM4251 s prednou projekciou 2,8-krát menšou ako má ASP-8, funguje približne rovnako, ale bez anomálnych úsekov frekvenčnej odozvy a bez rázov SWR.

Obe antény sú výrazne horšie ako 2-poschodová anténa z článku, optimalizovaná pomocou CAD.
Optimálne rozmery pre 2 poschodia sú 86x57 cm (86 - šírka), táto obrazovka je o niečo väčšia ako obrazovka „poľskej sušičky“, ale otočená na jednu stranu.
Pokusy vtesnať 4 poschodia do takejto plochy sú veľmi neúspešné a sú len marketingového charakteru.
Americká verzia, hoci nemá vynikajúce zosilnenie, má malú veľkosť.

Časť XIX / Výpočet vysoko smerovej antény transceivera

Kónický žiarič s reflektorom umožňuje teoreticky vyrábať antény so ziskom cca 10 dBi pre 1 poschodie, 12-13 dBi pre 2 poschodia, 14-16 dBi pre 4 poschodia, 16-18 dBi pre 6 poschodí.
Pri práci s horizontálnou polarizáciou bude mať mriežka spoločného režimu vertikálne usporiadanie. Pri 2 podlažiach bude vyžarovací diagram rovnaký vertikálne aj horizontálne: útlm 3 dB v uhloch ±25 v akomkoľvek smere od hlavného lúča.
Na 4 a 6 poschodiach sa selektivita azimutu nemení, ale vertikálny lúč sa veľmi zúži, takže pri 16 dBi je útlm 3 dB už pri ±8 stupňoch vertikálne.

Charakteristické črty antén transceivera od čisto prijímacích (televíznych) antén sú:
- odpor podávača 50Ω
- zvýšené požiadavky na nízke SWR

Čisto prijímacie antény sú tolerantnejšie voči nesúladu (vysoká SWR), pretože straty v kábli (vrátane dodatočných strát z vysokej SWR) možno vyrovnať inštaláciou LNA priamo do antény na svorkách vibrátora.

Straty výkonu signálu na vstupe do LNA sa zvyčajne odhadujú pomocou ekvivalentného zvýšenia faktora šumu (zhoršenie SNR) z nesúladu.
Zo vzorca

dostaneme vzorec
Nf (efektívna) = Nf (nominálna) + 10*log((2+SWR+1/SWR)/4)

SWR=2 a SWR=3 sú ekvivalentné zhoršeniu faktora šumu LNA o 0,5 a 1,25 dB.

SWR sa považuje za prijateľné pre vysielače SWR.<2, а хорошим КСВ<1.5

Pomocou teoretických poznatkov z predchádzajúcich kapitol si skúsme vypočítať 2-poschodové pole so spoločným režimom s dobrým SWR pre záťaž 50Ω.

Ako príklad si zvolíme rozsah 821-894 MHz (858 ±37 MHz), v ktorom pracuje štandard CDMA2000/EV-DO.

Anténu navrhneme tak, aby pracovala na frekvenciách blízkych rezonančným, pretože s veľkou imaginárnou časťou komplexného odporu bude SWR ďaleko od 1, aj keď je podávač spárovaný s komplexným odporom.

Skutočný radiačný odpor ® kužeľového vibrátora, ako už vieme, je rádovo 400-1000Ω a závisí od troch hlavných faktorov:
- priemer vodiča vibrátora (silný inverzný vzťah, čím hrubší vodič, tým nižšie R)
- vzdialenosť k reflektoru (silná priama závislosť, čím ďalej od obrazovky, tým vyššie R)
- prítomnosť iných mriežkových vibrátorov v blízkosti (slabá závislosť)

Táto rádová veľkosť R je veľmi ďaleko od 50Ω, takže použitie odporového transformátora je nevyhnutné.
Aj keď R=50Ω, stále je potrebné použiť Bal-Un 1:1, pretože Vibrátor BowTie je symetrický a koaxiálny napájací kábel je asymetrický.
Najjednoduchším spôsobom je použitie kombinovaného transformátora BalUn.
Pri použití transformátora 4:1 je potrebné počítať s anténou s výkonom 200Ω, pri použití transformátora 6:1 - pre 300Ω.

Pri pridaní signálu z 2 poschodí do odpaliska je výstupný odpor poľa 2 krát menší ako odpor poschodí. Tie. je potrebné vypočítať jeden vibrátor pre 400Ω alebo 600Ω.
Zberné vedenia musia mať rovnaký odpor ako jeden vibrátor, t.j. 400Ω alebo 600Ω, inak budú fungovať ako transformátory s nepredvídateľným účinkom.

Používanie programu coax_calc skúsme nasimulovať symetrický vlnovod pri 400Ω a 600Ω
Na získanie 600Ω aj pri tenkom vodiči d=1 mm je potrebná vzdialenosť 74-75 mm. Ide o pomerne veľkú vzdialenosť (vzhľadom na celkovú šírku vibrátora, asi 25-30 cm), ako aj o pomerne tenký (nie tuhý) vodič. Pre takéto veľké oddelenie sa zvyšuje aj ochranná zóna, kde by nemali byť žiadne kovové predmety.

Na získanie 400Ω sú rozmery vedenia celkom vhodné: rozstup 35 mm, s drôtom d=2,5 mm (vodič 5 mm2, bežný v elektrike)

Možnosť 400Ω je tiež pohodlnejšia, pretože baluny 4:1 sú široko dostupné za lacnú cenu, zatiaľ čo baluny 6:1 budú musieť byť špeciálne vyrobené.

Začnime výpočet s obrazovkou so šírkou 1λ pri strednej frekvencii (349 mm pre 858 MHz)

Aby ste znížili odpor R na 400Ω, musíte pre vibrátor zobrať čo najhrubší vodič alebo vibrátor odstrániť zo sita. Pre technologické pohodlie zvolíme priemer vodiča fúzov 6 mm (to je priemer horných fúzov v „poľskej sušičke“). Pri dĺžke fúzov cca 13-15 cm budú mať dostatočnú tuhosť. Hrubšie rúrky rádovo 10 mm budú drahšie a menej vhodné na ohýbanie a upevnenie.

Vytvárame geometrický model antény, ktorý obsahuje:
- tienidlo 1x1λ (z 21 vodorovných vodičov, priemer 2 mm, ako u pozinkovaného stavebného pletiva, s rozstupom 0,05λ)
- medzera medzi fúzami vibrátora je 35 mm
- fúzový vibrátor s priemerom 6 mm a jeho zrkadlovou kópiou vo vzdialenosti 0,6λ (±0,3λ od stredu sita)
- uhol fúzov 33 stupňov

V niekoľkých iteráciách vyberieme offset z obrazovky, aby sme dostali R=400Ω na centrálnej frekvencii (858 MHz), a po každej iterácii zvolíme dĺžku fúzov, aby sme dostali X=0Ω (imaginárna časť odporu je 0, t.j. naladiť anténu na rezonanciu)

Po 2-3 iteráciách získame dĺžku fúzov 0,4442λ (138,5 mm), posunutie k reflektoru 0,2455λ (86 mm)

Kontrolujeme impedanciu (R, Z), SWR v širokom frekvenčnom rozsahu (zatiaľ bez vlnovodov, s virtuálnym napájaním vibrátorov s dvomi 400Ω zdrojmi).

3D, vzor, ​​SWR

Pridajte značky